陈根：半导体之争，从美国垄断到中国追赶

文/陈根

从智能手机、医疗设备到国防军工都需要半导体。当前，半导体产业已经成为了国家战略之争，争夺半导体行业主导地位的斗争，正在演变为类似19世纪互为竞争对手的几个大国为争夺中亚控制权爆发冲突的博弈。只不过，如今这场现代博弈主要围绕增强工业产能和开发最新技术展开。

虽然，在目前的全球产业链和供应链体系下，尤其是在智能手机市场，中国已经形成了完整的电子产品制造产业链。不过，对于半导体行业的三类公司而言，中国企业尚扮演着规则追随者的角色。在美国持续的科技封锁下，中国的半导体追赶之路如今又走到了哪步？

美国之垄断

半导体产业链环节众多，专业分工程度高，技术的创新应用是行业重要驱动力。具体来看，半导体产业链上下游包括三大环节：IC设计、晶圆制造加工以及封装测试、应用。

其中，IC设计是指根据终端产品的需求，从系统、模块、电路等各个层级进行选择并组合，确定器件结构、工艺方案等，实现相关的功能和性能要求，并将其委托给晶圆代工厂进行生产加工；晶圆制造厂根据设计版图进行掩膜制作形成模板，在晶圆上批量制造集成电路，通过多次重复运用掺杂、沉积、光刻等工艺最终将IC设计公司设计好的电路图移植到晶圆上；完成后的晶圆再送往下游封测厂进行切割、焊线、塑封，以防止物理损坏或化学腐蚀，同时使芯片电路与外部器件实现电气连接，最后移交给下游厂商。

当前，半导体产业链其实是以美国为主导的一种垄断模式。美国半导体行业几乎占了全球市场份额的一半，虽然在1980年代，美国半导体产业在全球市场份额中遭受了重大损失。在1980年代初期，总部位于美国的生产商占据了全球半导体销售量的50%以上。但由于来自日本公司的激烈竞争，非法“倾销”的影响以及1985年至1986年的严重产业衰退，美国半导体产业失去了全球19个市场份额，并将全球市场份额的领导地位让给了日本。

但在接下来的10年中，美国半导体行业开始反弹，到1997年，它以超过50%的全球市场份额重新获得了领导地位，这一地位一直保持到今天。美国半导体公司在微处理器和其他领先设备中保持了竞争优势，并在其他产品领域继续保持领先地位。此外，美国半导体公司在研发，设计和工艺技术方面保持领先地位。

根据美国半导体协会SIA《2020Factbook》报告，2019年美国公司拥有最大的市场份额，达到47%。其他国家或地区的行业在全球市场中占有5%至19%的份额；美国半导体公司约占全部半导体晶圆制造能力的81%；此外，亚太地区的半导体公司占美国产能余下的大部分，约为10%。约有44%的美国公司的前端半导体晶圆产能位于美国，其他依次是新加坡、中国台湾、欧洲和日本。

当然，美国半导体行业在全球的领导地位离不开大规模研发投资带来的技术突破和产品创新。半导体是由高先进的制造工艺生产的高复杂的产品，而这些突破需要多年持续的巨大资本与人才投入才能实现。美国半导体行业一直注重研发，高投入带来了技术领先，技术领先地位使美国公司得以建立创新的良性循环。

毕竟，在过去的20年中，美国年度研发支出（占销售额的百分比）已超过10％。这个比率在美国经济的主要制造业中是空前的。根据2019年欧盟工业研发投资排行榜，就研发支出占销售额的比例而言，美国半导体行业仅次于美国制药和生物技术行业。显然，研发支出对于半导体公司的竞争地位至关重要，技术变革的迅速发展也要求制程技术和设备功能的不断进步。

由此带来的美国在全球半导体行业的垄断显而易见。美国不仅拥有核心技术的垄断，更是掌控着全球产业链。而当美国及其伙伴国将一些关键材料、生产装备列入管制清单时，自然就危及到了我国半导体产业和相关工业体系的安全。

中国之追赶

与美国当前半导体行业的先进相比，中国在半导体行业仍呈加速追赶之势。毕竟在美国从立法、产业政策、直接干预、贸易战等多个角度来确立其半导体的全球领先地位时，中国正深陷运动之中。

如果说20世纪60年代，全力投入“两弹一星”让中国得到很多；那么，70年代忽视的半导体，则让中国也为此失去很多。

70年代，中美和中日先后实现邦交正常化。70年代初，我国从日本引进7条生产线，虽然有了设备，但技术、软件能力却没有跟上，因此效果不佳。70年代末，美国产业升级，中国引进淘汰下来的二手设备，组成24条生产线，但是同样因为技术、软件能力跟不上，因而没有达成预期。加上彼时举国封锁，涉及引进西方技术的事项往往被扣上“爬行主义”的帽子，批判打倒一番。在这样的封闭里，中国自然就错失了发展良机。

世界半导体行业日新月异下，待中国再次回到世界，已经落后20-30年。根据微电子学家王守武所说，1977年，全国共有600多家半导体生产工厂，其一年生产的集成电路总量，只等于日本一家大型工厂月产量的十分之一。

虽然很快国家项目531工程和908工程就接踵而来，但目标“普及5nm，开发3nm，攻关1nm”的531，最终还是“引进了设备，却消化不了技术和管理”。而这一次的失败，更大的原因在于，十年运动，中国半导体人才青黄不接，即使清楚软件和管理更重要，却巧妇难为无米之炊。

908的失败是另一种典型。908工程，审批2年，论证3年，建厂2年，7年过去，华晶工厂一落地就落后。不但落后了先进工艺4-5代，月产能也只有区区800片，连目标产能1.2万片的一成都不到。面对沉重的银行利息，华晶历经辗转和反复，终于还是被央企华润收购，成为现在的华润微电子。

面前这道积年累月长成的天堑，尽管中国已经花费了数百亿美元，试图在半导体、更快速的计算机和智能手机以及更尖端设备的竞争中脱颖而出，但从目前来看，中国的半导体追赶之路依旧遥远。

核心芯片国产化率低是个不争的事实。虽然我国在通信装备方面，国产芯片已实现部分进口替代，应用处理器和通信处理器中国产芯片占比分别达到18%和22%，但在内存设备和显示系统中的国产核心芯片市场才刚起步，而在计算机系统、通用电子系统的终端核心芯片上，国产芯片市占率甚至仍接近于0。

更重要的是，在关键品类上，中国几乎空白。换言之，中国仍然缺乏高端芯片的生产能力。可以说，从设计软件到制造芯片的各种零部件，以及芯片制造过程中所需要的光刻胶、特种气体等，我们目前都难以满足更高端芯片的制造需求。

以生产芯片所需要的光刻机为例，我们目前的产业链技术还难以支撑5nm芯片量产的光刻机技术，更谈不上2nm方向的探索。即便是中国的主力中芯国际的芯片生产技术，距离国际的一众芯片巨头还有一代的差距。目前，中芯能量产的是7nm，但国际上普遍使用的已经是5nm。

此外，光刻机的本质问题更是全球化的产业链问题。一台最高端的EUV光刻机里有十万多零部件，全球供应商超过5000家。从光刻机构成分析，美国光源占27%，荷兰腔体和英国真空占32%，日本材料占27%，德国光学系统占14%。光刻机是全球化的结晶，如果让一个国家或者一个地区做一个光刻机是不现实的。

因此，研发光刻机还不能成为唯一目标，大国博弈中，打造半导体的完整产业链才是核心。显然，目前，中国仍处于整个半导体产业链的制约中。并且，在这样的情况下，美国政府还先后对华为、中芯国际、龙芯等国内企业采取列入实体清单、打压等措施，让中国半导体产业发展不断受阻。

此外，存储器（三星、海力士、美光）要仰人鼻息；可编程逻辑芯片（FPGA）基本被Intel和赛灵思（Xilinx）垄断；高铁缺一不可的（IGBT）、数字信号处理芯片（DSP）、CPU、GPU、MCU、半导体设备、硅片等等也都依赖进口。

后来居上势在必行

不可否认，中国在芯片技术方面落后于美国多年，想要完全追赶可能需要很长的时间，毕竟工艺研发需要的花费是累进的，但现实也没有这么悲观。毕竟，凭借国家力量，统一方向，后来居上，是中国不可比拟的巨大优势。

比如曾经的面板行业。就在5年前，“缺屏少芯”还是普遍存在的现实，面板是和汽车零配件、芯片、石油一样年进口额500亿美元以上的商品。2010年尤其令人沮丧，中国台湾供应商联合日韩品牌集体涨价。但是就在这之后，京东方累计耗资3000亿，轮番亏损轮番投资，终于迎来回报，不仅逼迫日韩关闭低世代产线，把台湾企业逐出市场，而且在连年亏损后实现盈利。

就目前半导体产业发展现状来看，我们在支持半导体产业发展的顶层设计上，不仅要进行资金的投入，以及人才的投入，更重要的是要在体制机制上进行改革。支持高端的科技人才开展产学研合作，或者是支持高端科研人才带技术进行创业，允许其以更市场化的方式进行更大尺度的包容试错。

因为半导体产业的技术升级是一项重大资本支出的投入，是依靠巨大资金堆积出来的。事实上，就在中兴被制裁后，中芯国际向世界顶级光刻机制造商ASML购买了一台极紫外光刻机（Extreme Ultravidet Lithography），售价是惊人的1.2亿美元。只一台光刻机的价格，就超过了中芯国际一年的利润。

并且，这还只是一台设备，并不是整条生产线。一条生产线，除了光刻机，还需要刻蚀机、薄膜沉积设备、单晶炉、CVD、显影机、离子注入机、CMP抛光机等等。算成本的时候，记得算上每年20%的维护费用，也可以不算，因为如果你想保持在队伍最前列，基本每年都要更新。

再比如，我国半导体产业处于第二梯队的比亚迪半导体以及华虹半导体，量产的芯片技术还距离中芯国际2-3代。如果这些企业要升级到中芯国际的7nm量产技术层面，其所面临的将是巨大的资本开支——现在行业主流的14纳米或7纳米芯片制造生产线的投资额以500亿元起步，三星和台积电的在7纳米生产厂上的投资都超过了200亿美元。而比亚迪半导体以及华虹半导体当前的利润显然难以支撑这种投入，也自然就陷入了两难的困境。

半导体产业是当之无愧的“碎钞机”，因此。为有效利用财政、人才和社会资源，亟需做好顶层设计和优化布局，遴选出具备行业技术和资源优势的企业和机构，进行资金重点支持和政策扶植。推动龙头企业和机构通过技术、管理和商业模式创新，推进产业“链式集聚”。

一方面，发挥龙头骨干企业在自主创新和产业发展中的创新引领与示范带动作用，形成研发和品牌优势，最终巩固和形成多个区域布局合理、产业优势明显的国家半导体技术、人才和产业高地。比如，建设国家级的面向高校、科研院所和初创企业的软件与硬件、单晶生长与外延、芯片工艺、封装等中试平台，建设具备先进工艺和运营水平的代工厂，推动建设具有自主可控能力的垂直整合制造企业。

另一方面，如果美国持续对我们展开芯片技术的封锁，那么我们除了依靠自身的技术突破之外，可以试着和欧盟进行合作，引入欧盟的芯片技术，或者和欧盟的厂家联合。鼓励国内有实力的企业和科研机构在国外设立半导体研发机构，并开展与国外半导体企业、科研院校的研发合作。支持国内企业和机构并购境外半导体企业，积极参与国际技术和产业联盟，拓展国际合作渠道，提升国际资源整合能力，实现国际化经营。

从短期来看，中国的半导体战略着眼于减少对美国的依赖，从长远来看，中国在芯片制造方面的巨额投资最终将获得回报，超越仅仅是时间的问题。但在超越的那天到来之前，或许我们要更加努力的让这个时间有所缩短。